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Capa de Red 4-1
Capítulo 4: Capa Red - IIELO322: Redes de Computadores
Agustín J. GonzálezEste material está basado en:
Material de apoyo al texto Computer Networking: A Top Down Approach Featuring the Internet 3rd edition. Jim Kurose, Keith Ross Addison-Wesley, 2004.
Capa de Red 4-2
Capítulo 4: Capa de Red 4. 1 Introducción 4.2 Circuitos virtuales y
redes de datagramas 4.3 ¿Qué hay dentro de
un router? 4.4 IP: Internet Protocol
Formato de Datagrama Direccionamiento IPv4 ICMP IPv6
4.5 Algoritmo de ruteo Estado de enlace Vector de Distancias Ruteo Jerárquico
4.6 Ruteo en la Internet RIP OSPF BGP
4.7 Ruteo Broadcast y multicast
Capa de Red 4-3
Capa de red en Internet
Tabla deRe-envío
Funciones de la capa de red en host y router :
Protocolos de ruteo•Selección de ruta•RIP, OSPF, BGP
Protocolo IP•Direccionamiento•Formato de datagramas•Manejo de paquetes
Protocolo ICMP •Reporta errores•Info para router
Capa transporte: TCP, UDP, SCTP, DCCP, etc
Capa enlace de datos
Capa física
Capa de red
SCTP: Stream Control Transmission Protocol (año 2000)DCCP: Datagram Congestion Control Protocol (año 2006)
Capa de Red 4-4
Capítulo 4: Capa de Red 4. 1 Introducción 4.2 Circuitos virtuales y
redes de datagramas 4.3 ¿Qué hay dentro de
un router? 4.4 IP: Internet Protocol
Formato de Datagrama Direccionamiento IPv4 ICMP IPv6
4.5 Algoritmo de ruteo Estado de enlace Vector de Distancias Ruteo Jerárquico
4.6 Ruteo en la Internet RIP OSPF BGP
4.7 Ruteo Broadcast y multicast
Capa de Red 4-5
ver length
32 bits
data (largo variable,típicamente un
segmento TCP o UDP)
16-bit identifier
header checksum
time tolive
32 bit source IP address
head.len
type ofservice
flgsfragment
offsetupper layer
32 bit destination IP address
Options (if any)
Formato del datagrama IPv4Largo totaldatagrama (bytes)
Número de versión Protocolo IP = 4
Largo encabezado (bytes)
“tipo” de datagrama Para fragmentacióny re-ensamble
max númerode tramos restantes(decrementado en
cada router)
A qué protocolo superiorcorresponden los
datos TCP, UDP, etc E.g. marcas de tiempo, grabarruta tomada,especifica listade router a visitar.
¿Cuánta ineficiencia hay en TCP?
20 bytes de TCP 20 bytes de IP = 40 bytes + datos
capa aplicación
Capa de Red 4-6
Fragmentación y re-ensamble IP Cada enlaces de red tienen MTU
(max. transmission unit) – mayor tamaño de un frame en la capa enlace. Diferentes tipos de enlace tienen
diferentes MTUs Por esto es que un datagrama IP
grande es dividido (“fragmented”) en la la capa de red Un datagrama se convierte
en varios datagramas Se “rearma” en el destino final Bits del encabezado IP se usan
para identificar y ordenar fragmentos relacionados
fragmentation: in: one large datagramout: 3 smaller datagrams
reassembly
Capa de Red 4-7
ID=x
offset=0
fragflag=0
largo=4000
ID=x
offset=0
fragflag=1
largo=1500
ID=x
offset=185
fragflag=1
largo=1500
ID=x
offset=370
fragflag=0
largo=1040
Un datagrama grande es transformadoen varios datagramas más pequeños
Fragmentación y re-ensamble IP
Ejemplo 4000 byte datagram (20 bytes
header IP + 3980 en campo datos datagrama)
MTU = 1500 bytes
1480 bytes en campo de datos de datagrama
offset en bloques de 8 bytes1480/8 = 185
byte insertado en posición 370*8=2960Largo datos último = 3980-1480-1480 = 1020Más header => 1040
Capa de Red 4-8
Capítulo 4: Capa de Red 4. 1 Introducción 4.2 Circuitos virtuales y
redes de datagramas 4.3 ¿Qué hay dentro de
un router? 4.4 IP: Internet Protocol
Formato de Datagrama Direccionamiento IPv4 ICMP IPv6
4.5 Algoritmo de ruteo Estado de enlace Vector de Distancias Ruteo Jerárquico
4.6 Ruteo en la Internet RIP OSPF BGP
4.7 Ruteo Broadcast y multicast
Capa de Red 4-9
Direccionamiento IP: introducción Dirección IP: identificador
de 32-bit del host, interfaz del router
Interfaz: conexión entre host y router, enlace físico Router típicamente tiene
múltiples interfaces (bocas) Host puede tener múltiples
interfaces Dirección IP está asociada
a cada interfaz
223.1.1.1
223.1.1.2
223.1.1.3
223.1.1.4 223.1.2.9
223.1.2.2
223.1.2.1
223.1.3.2223.1.3.1
223.1.3.27
223.1.1.1 = 11011111 00000001 00000001 00000001
223 1 11
Capa de Red 4-10
Sub-redes Dirección IP:
Direc. sub-red (bits más significativos)
Direc. del host (bits menos significativos)
¿Qué es una sub-red? Grupo de máquinas que
poseen la misma dirección de sub-red (parte más significativa)
Se podrían interconectar sin tener un router (e.g. con un switch o hub)
Red consiste de 3 sub-redes
223.1.1.1
223.1.1.2
223.1.1.3
223.1.1.4 223.1.2.9
223.1.2.2
223.1.2.1
223.1.3.2223.1.3.1
223.1.3.27
LAN
Capa de Red 4-11
Sub-redes 223.1.1.0/24223.1.2.0/24
223.1.3.0/24
Receta Para determinar las sub-
redes, desconectar los interfaces del router para crear redes tipo islas independientes.
Cada red independiente se llama una sub-red.
Máscara de sub-red: /24
Capa de Red 4-12
Sub-redes
Cuantas hay?
223.1.1.1
223.1.1.3
223.1.1.4
223.1.2.2223.1.2.1
223.1.2.6
223.1.3.2223.1.3.1
223.1.3.27
223.1.1.2
223.1.7.0
223.1.7.1223.1.8.0223.1.8.1
223.1.9.1
223.1.9.2
Capa de Red 4-13
RED ELO año 2004http://www.elo.utfsm.cl/~rce/images/stories/rce/diagrama_red_elo_todo.png
Nota: Las IPs: 192.168.1.0 y 10.0.0.0 son para redes privadas. Para que estas máquinas sean vistas de afuera se tiene que usar NAT.
Capa de Red 4-14
Ejemplo: traceroute desde red ELO (es esto vigente?)
aragorn:~$ traceroute www.google.comtraceroute: Warning: www.google.com has multiple addresses; using 216.239.37.104traceroute to www.l.google.com (216.239.37.104), 30 hops max, 38 byte packets1 gw-alm (200.1.17.129) 0.151 ms 0.128 ms 0.130 ms2 elo-gw (200.1.17.1) 0.668 ms 2.125 ms 0.590 ms3 * * *
gw-alm.elo.utfsm.cl
elo-gw.elo.utfsm.cl
fw1.lab.elo.utfsm.cl
Capa de Red 4-15
Direccionamiento IP: CLASESClases
Porción de dirección de la red (sub-red) se hace de tamaño fijo
Ejemplo: Clase C
11001000 00010111 00010000 00000000
Partesub-red
Partehost
Classful addresing: Esquema original (con clases A, B, C, D, E)
Clase A = subnet /8Clase B = subnet /16Clase C = subnet /24
Capa de Red 4-16
¿Qué es una dirección IP privada? Al comienzo se pensó que cada máquina debía
tener una dirección única en el planeta. Esto no fue siempre necesario pues redes
privadas, como aquellas que conectan máquinas en una industria, no requieren conexión a Internet.
Para este propósito se reservó una subred de cada clase para crear redes privadas. Éstas son:
10.0.0.0/8 con 224 direcciones => 00001010.xxxxxxxx.X.X 172.16.0.0/12 con 220 direcciones => 10101100.0001xxxx.X.X 192.168.0.0/16 con 216 direcciones => 11000000.10101000.XX
Capa de Red 4-17
Agotamiento de Direcciones IP Conforme más subredes se crearon y conectaron
a Internet, las direcciones IP se comenzaron a agotar.
Se desarrollaron dos estrategias para extender el uso de Ipv4: Flexibilizar el tamaño de las subredes:surge Classless
InterDomain Routing. Permitir acceso a Internet de redes privadas a través del
uso de NAT (Network Address Translation)
Capa de Red 4-18
Direccionamiento IP: CIDRCIDR: Classless InterDomain Routing
Porción de dirección de la red (subred) se hace de tamaño arbitrario
Formato de dirección: a.b.c.d/x, donde x es el # de bits de la dirección de sub-red
11001000 00010111 00010000 00000000
Partesub-red
Partehost
200.23.16.0/23
Capa de Red 4-19
Direcciones IP: ¿Cómo obtener una?Q: ¿Cómo es que un host obtiene su dirección IP? Configurada por el administrador en un archivo
Windows: control-panel->network->configuration->tcp/ip->properties
Linux: /etc/network/interfaces DHCP: Dynamic Host Configuration Protocol: el host
obtiene la dirección dinámicamente desde un servidor “plug-and-play” (más adelante)
Capa de Red 4-20
Direcciones IP: ¿Cómo obtener una?Q: ¿Cómo la red obtiene la dirección de subred
parte de la dirección IP?A: Obteniendo una porción del espacio de
direcciones del proveedor ISP.
ISP's block 11001000 00010111 00010000 00000000 200.23.16.0/20
Organization 0 11001000 00010111 00010000 00000000 200.23.16.0/23 Organization 1 11001000 00010111 00010010 00000000 200.23.18.0/23 Organization 2 11001000 00010111 00010100 00000000 200.23.20.0/23 ... ….. …. ….
Organization 7 11001000 00010111 00011110 00000000 200.23.30.0/23
Capa de Red 4-21
Direccionamiento IP: la última palabra...
Q: ¿Cómo un ISP obtiene un bloque de direcciones?
A: ICANN: Internet Corporation for Assigned Names and Numbers
Asigna direcciones Administra DNS Asigna nombre de dominio, resuelve disputas
Para latino América la oficina es LACNIC: http://lacnic.net/sp/registro/
Capa de Red 4-22
NAT: Network Address Translation
10.0.0.1
10.0.0.2
10.0.0.3
10.0.0.4
138.76.29.7
red local(e.g., red en la casa)
10.0.0/24
resto delInternet
Datagramas con fuente o destino en esta red tienen
direcciones 10.0.0/24(También se puede usar: 192.168.0/24
ó 172.16.0/24)
Todos los datagramas saliendo de la red local tienen la misma dirección NAT IP:
138.76.29.7,pero diferentes números de
puerto
Capa de Red 4-23
NAT: Network Address Translation Motivación: la idea es usar sólo una dirección IP para
acceder al mundo exterior: No necesitamos asignación de un rango del ISP: sólo
una dirección externa es usada por todos los equipos internos
Podemos cambiar la dirección de equipos en red local sin notificar al mundo exterior
Podemos cambiar ISP sin cambiar direcciones de equipos en red local
Equipos dentro de la red no son explícitamente direccionables o visibles desde afuera (una ventaja de seguridad).
Capa de Red 4-24
NAT: Network Address TranslationImplementación ruteador NAT:
Para Datagramas salientes: remplazar (IP fuente, # puerto) de cada datagrama saliente por (IP NAT, nuevo # puerto)
. . . Clientes y servidores remotos responderán usando (IP NAT, nuevo # puerto) como dirección destino.
Recordar (en tabla de traducción NAT) cada par de traducción (IP fuente, # puerto) a (IP NAT, nuevo # puerto)
Para Datagramas entrantes: remplazar (IP NAT, nuevo # puerto) en campo destino de cada datagrama entrante por correspondiente (IP fuente, # puerto) almacenado en tabla NAT
Capa de Red 4-25
NAT: Network Address Translation
10.0.0.1
10.0.0.2
10.0.0.3
10.0.0.4
138.76.29.7
1: host 10.0.0.1 envía datagrama a 128.119.40, 80
1
S: 10.0.0.1, 3345D: 128.119.40.186, 80
NAT tableWAN side addr LAN side addr
138.76.29.7, 5001 10.0.0.1, 3345…… ……
S: 128.119.40.186, 80 D: 10.0.0.1, 3345 4
S: 138.76.29.7, 5001D: 128.119.40.186, 802
2: NAT routercambia la direcciónfuente del datagramade 10.0.0.1, 3345 a138.76.29.7, 5001,actualiza la tabla
S: 128.119.40.186, 80 D: 138.76.29.7, 5001 3
3: Respuesta llega ala dirección destino: 138.76.29.7, 5001
4: NAT routercambia dirección destino del datagrama de138.76.29.7, 5001 a 10.0.0.1, 3345
Capa de Red 4-26
NAT: Network Address Translation
Campo número de puerto es de 16 bits: Máx. ~65,000 conexiones simultáneas con una única
dirección IP dentro de la LAN!
NAT es controversial: Routers deberían procesar sólo hasta capa 3 Viola argumento extremo-a-extremo
• Posiblemente los NAT deben ser tomados en cuenta por los diseñadores de aplicaciones, eg, aplicaciones P2P
En lugar de usar NAT, la carencia de direcciones debería ser resuelta por IPv6
Capa de Red 4-27
Capítulo 4: Capa de Red 4. 1 Introducción 4.2 Circuitos virtuales y
redes de datagramas 4.3 ¿Qué hay dentro de
un router? 4.4 IP: Internet Protocol
Formato de Datagrama Direccionamiento IPv4 ICMP IPv6
4.5 Algoritmo de ruteo Estado de enlace Vector de Distancias Ruteo Jerárquico
4.6 Ruteo en la Internet RIP OSPF BGP
4.7 Ruteo Broadcast y multicast
Capa de Red 4-28
ICMP: Internet Control Message Protocol Usado por hosts & routers para
comunicar información a nivel de la red Reporte de errores: host
inalcanzable, o red, o puerto, o protocolo
Echo request/reply (usado por ping)
Usado por traceroute (TTL expired, dest port unreachable)
Opera en capa transporte: ICMP son llevados por
datagramas IP Mensajes ICMP: tipo y código de
error, más primeros 8 bytes del datagrama que causó el error
Type Code description0 0 echo reply (ping)3 0 dest. network unreachable3 1 dest host unreachable3 2 dest protocol unreachable3 3 dest port unreachable3 6 dest network unknown3 7 dest host unknown4 0 source quench (congestion control - seldom used)8 0 echo request (ping)9 0 route advertisement10 0 router discovery11 0 TTL expired12 0 bad IP header
Capa de Red 4-29
Traceroute e ICMP La fuente envía una serie de
segmentos UDP al destino Primero usa TTL=1 Luego usa TTL=2, etc. Número de puerto probablemente
no usado
Cuando el n-ésimo datagrama llega a n-ésimo router: Router descarta el datagrama, y Envía a la fuente un mensaje
ICMP “TTL expirado” (tipo 11, código 0)
Mensaje incluye nombre del router y dirección IP
Cuando mensaje ICMP llega, la fuente calcula el RTT
Traceroute hace esto 3 veces
Criterio de parada Segmento UDP
eventualmente llega al host destino
Host destino retorna paquete ICMP “puerto inalcanzable” (tipo 3, código 3)
Cuando la fuente recibe este ICMP, para.
Capa de Red 4-30
Capítulo 4: Capa de Red 4. 1 Introducción 4.2 Circuitos virtuales y
redes de datagramas 4.3 ¿Qué hay dentro de
un router? 4.4 IP: Internet Protocol
Formato de Datagrama Direccionamiento IPv4 ICMP IPv6
4.5 Algoritmo de ruteo Estado de enlace Vector de Distancias Ruteo Jerárquico
4.6 Ruteo en la Internet RIP OSPF BGP
4.7 Ruteo Broadcast y multicast
Capa de Red 4-31
IPv6 Motivación Inicial: espacio de direcciones de 32-
bit pronto serán completamente asignadas. Motivación adicional:
Formato de encabezado debería ayudar a acelerar el procesamiento y re-envío
Cambiar encabezado para facilitar QoS Formato de datagrama IPv6: Encabezado de largo fijo de 40 bytes (se duplicó) Fragmentación no es permitida
Capa de Red 4-32
Encabezado IPv6 Prioridad: identifica prioridad entre datagramas en flujo Flow Label: identifica datagramas del mismo “flujo.” (concepto de “flujo” no está bien definido). Next header: identifica protocolo de capa superior de los
datos
Capa de Red 4-33
Otros cambios de IPv4 a v6 Checksum: eliminada enteramente para reducir tiempo de
procesamiento en cada router al ser redundante, ya está en capa transporte y enlace (Ethernet)
Options: permitidas, pero fuera del encabezado, indicado por campo “Next Header”
ICMPv6: nueva versión de ICMP Tipos de mensajes adicionales, e.g. “Paquete muy grande” (usado
en el descubrimiento de MTU: unidad máxima de transmisión) Funciones para administrar grupos multicast
Capa de Red 4-34
Transición de IPv4 a IPv6 No todos los routers pueden ser actualizados
(upgraded) simultáneamente No es posible definir un día para cambio “día de bajada
de bandera” ¿Cómo operará la red con routers IPv4 e IPv6
mezclados?
“Tunneling”: IPv6 es llevado como carga en datagramas IPv4 entre routers IPv4
Capa de Red 4-35
TunnelingA B E F
IPv6 IPv6 IPv6 IPv6
túnelVista lógica:
Vista física:A B E F
IPv6 IPv6 IPv6 IPv6
C D
IPv4 IPv4
Flow: XSrc: ADest: F
data
Flow: XSrc: ADest: F
data
Flow: XSrc: ADest: F
data
Src:BDest: E
Flow: XSrc: ADest: F
data
Src:BDest: E
A-a-B:IPv6
E-a-F:IPv6
B-a-C:IPv6 dentro
de IPv4
B-a-C:IPv6 dentro
de IPv4
Capa de Red 4-36
Capítulo 4: Capa de Red 4. 1 Introducción 4.2 Circuitos virtuales y
redes de datagramas 4.3 ¿Qué hay dentro de
un router? 4.4 IP: Internet Protocol
Formato de Datagrama Direccionamiento IPv4 ICMP IPv6
4.5 Algoritmos de ruteo Estado de enlace Vector de Distancias Ruteo Jerárquico
4.6 Ruteo en la Internet RIP OSPF BGP
4.7 Ruteo Broadcast y multicast
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